Магнитометр

(71) Заявитель Научно-исследовательское конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Белмикросистемы(72) Авторы Белоус Анатолий Иванович Емельянов Виктор Андреевич Лукашевич Михаил Григорьевич Лукашевич Сергей Михайлович(73) Патентообладатель Научно-исследовательское конструкторско-технологическое республиканское унитарное предприятие Белмикросистемы(57) 1. Магнитометр, содержащий магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания, коммутатор, суммирующий блок и блок регистрации, подключенные к общей шине,один из входов коммутатора подключен к источнику питания, а выход к суммирующему устройству, отличающийся тем, что используют четырехконтактный одноэлементный ферромагнитный датчик с одной парой контактов, расположенной параллельно, и другой парой,расположенной перпендикулярно намагниченности датчика, причем первые два входа коммутатора подключены к контактам, расположенным параллельно, а другие два входа подключены к контактам, расположенным перпендикулярно намагниченности датчика. 2. Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что пары контактов ферромагнитного датчика расположены на перпендикулярных прямых по разные стороны от точки пересечения и произвольном угле между намагниченностью датчика и этими прямыми. 1205 Настоящая полезная модель относится к области магнитных измерений и может использоваться в магнитоэлектронике и радиопромышленности при изготовлении магнитометров. Известен магнитометр, содержащий магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания и блок регистрации, два нагрузочных резистора, включенные между источником питания и магниточувствительными элементами, и суммирующий блок, выход которого подключен к блоку регистрации, один из входов суммирующего блока подключен к точке соединения магниточувствительного элемента и нагрузочного резистора, а другой вход подсоединен к выходу источника питания 1. В известном магнитометре реализован способ 2 измерения магнитного поля по зависимости суммы положительного и отрицательного магнитосопротивлений датчика от магнитного поля при рабочих температурах ниже 10 К. Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает высокой электрической и температурной стабильности измерений. Это объясняется тем, что на магниторезистивный датчик подается напряжение, большее напряжения примесного пробоя, что приводит к неравномерному распределению тока (шнурованию тока) по датчику при пробое и уменьшению электрической стабильности измерений. Расположение магниточувствительных элементов датчика по разные стороны изолирующей подложки и выделение в них разной мощности, так как один элемент работает в области допробойных, а другой послепробойных электрических полей, не позволяет получать высокую температурную стабильность. Кроме того, строго определенная величина выделяемой мощности на единицу площади датчика, не приводящая к его перегреву, ограничивает возможности его миниатюризации, а рабочий интервал температур ограничен 10 К. Известен также магнитометр 3, выбранный в качестве прототипа заявляемого устройства, содержащий датчик магнитного поля, состоящий из двух магниточувствительных элементов, источник питания, суммирующее устройство, блок регистрации, подключенные к общей шине, и коммутатор, один из входов которого подключен к источнику питания, а выход - к суммирующему блоку, два других входа подключены к контактам магниточувствительных элементов, при этом магниточувствительные элементы выполнены на одной стороне изолирующей подложки с отношением длины к ширине одного элемента датчика, равным 1, а второго - 10, причем элементы датчика через общий для них контакт подключены к общей шине. Недостатком этого магнитометра является использование сложного двухэлементного магниторезистивного датчика, что не позволяет полностью реализовать преимущества способа 2, измерения магнитного поля по сумме относительных изменений сопротивления датчика в области отрицательного и положительного магниторезистивных эффектов,так как из-за разной величины элементов датчика их характеристики будут разными, а также узкий температурный диапазон измерения магнитного поля из-за того, что отрицательный магниторезистивный эффект в полупроводниковом датчике реализуется только при температурах ниже 77 К. Задачей предлагаемого устройства является упрощение магнитометра, в котором величина магнитного поля определяется по сумме уменьшения и увеличения сопротивления датчика магнитным полем путем использования одноэлементного магниторезистивного датчика при полном исключении влияния любых дестабилизирующих факторов на измеряемую величину магнитного поля, а также расширение температурного диапазона измерения магнитного поля до комнатных температур. Решение поставленной задачи достигается тем, что в магнитометре, содержащем магниторезистивный датчик магнитного поля, источник питания, коммутатор, суммирующий блок и блок регистрации, подключенные к общей шине, один из входов коммутатора подключен к источнику питания, а выход к суммирующему устройству, используют четырехконтактный одноэлементный ферромагнитный датчик с одной парой контактов, расположенной параллельно, и другой парой, расположенной перпендикулярно намагниченности датчика, причем первые два входа коммутатора подключены к контактам, расположенным параллельно, а дру 2 1205 гие два входа подключены к контактам, расположенным перпендикулярно намагниченности датчика, или же используют ферромагнитный датчик, у которого пары контактов расположены на перпендикулярных прямых по разные стороны от точки пересечения и произвольном угле между намагниченностью датчика и этими прямыми. Физической основой работы предлагаемого магнитометра является то, что сопротивление ферромагнитного магниторезистивного датчика во внешнем магнитном поле увеличивается (положительный магниторезистивный эффект) при параллельной и уменьшается(отрицательный магниторезистивный эффект) при перпендикулярной ориентации тока через датчик и направления намагниченности датчика. В предлагаемом магнитометре положительное магнитосопротивление, измеренное при параллельной ориентации тока датчика относительно направления его намагниченности, суммируется с отрицательным магнитосопротивлением, измеренным при перпендикулярной ориентации тока датчика и намагниченности, а величина магнитного поля определяется по градуировочному графику зависимости суммы изменений сопротивления датчика при двух ориентациях тока датчика и намагниченности от величины напряженности внешнего магнитного поля. Так как зависимость сопротивления ферромагнитного датчика от угла между током через датчик и направлением его намагниченности дается соотношением 22,гдеи- сопротивления датчика при перпендикулярной и параллельной ориентации тока датчика и намагнитченности, а- угол между током и намагнитченностью, то пары контактов датчика можно располагать на перпендикулярных прямых по разные стороны от точки пересечения и произвольном угле между направлением намагниченности датчика и этими прямыми. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3, где на фиг. 1 схематически изображен вариант выполнения магниточувствительного датчика магнитного поля, на фиг. 2 разрез датчика по А-А и на фиг. 3 - функциональная схема магнитометра. Магнитометр содержит датчик магнитного поля 4, представляющий собой подложку 1 из изолирующего материала (например, стекло, сетал), на которой известными методами(например, ионно-лучевым распылением) выращен магниточувствительный слой 2 из ферромагнитного материала (например, пермаллоя), на который нанесено четыре контакта 3, из которых два противолежащих расположены в направлении параллельном, а два другие расположены в направлении перпендикулярном намагниченности датчика. Магнитометр фиг. 3 содержит одноэлементный датчик магнитного поля 4, источник питания 5, коммутатор 6, суммирующее устройство 7 и блок регистрации 8, подключенные к общей шине, первый и второй входы коммутатора подключены к контактам датчика, расположенным в направлении параллельном и перпендикулярном намагниченности, а выход подключен к входу суммирующего устройства. Магнитометр работает следующим образом. Коммутатор последовательно подключает к источнику питания магниточувствительный датчик парами контактов, расположенными параллельно и перпендикулярно намагниченности датчика. Так как при параллельной ориентации тока и намагниченности сопротивление датчика увеличивается во внешнем магнитном поле, то падение напряжения на нем увеличивается. При перпендикулярной ориентации тока и намагниченности сопротивление датчика уменьшается в магнитном поле и падение напряжения на нем уменьшается. Изменения падения напряжения на датчике в магнитном поле суммируются блоком 7 и регистрируются блоком регистрации 8, а величину магнитного поля определяют по градуировочному графику зависимости суммы изменений падений напряжения на датчике при двух ориентациях тока и намагниченности датчика от величины магнитного поля. В сравнении с прототипом при практической реализации магнитометра упрощается принципиальный элемент магнитометра - датчик магнитного поля. При этом улучшаются характеристики магнитометра, так как из-за использования одноэлементного датчика пол 3 1205 ностью исключаются все дестабилизирующие факторы измерения поля, а также расширяется температурный диапазон измерения магнитного поля до комнатных температур, так как уменьшение сопротивления ферромагнитного датчика в магнитном поле наблюдается и при комнатных температурах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4